翅膀：大自然賦予的生存法寶

物競天擇，適者生存。達爾文認為，優勝劣汰是地球生物生存和演變的基本規則。幾億年來，很多古老的生物都已滅絕，有一些物種經過多重演化、繁衍生息后，卻演化出不同種類的后代。

研究表明，翅膀其實是大自然賦予動物延續生存的法寶，會飛的動物在演化和生存方面有諸多優勢。在殘酷的演化史中，大自然一次次創造出各種各樣的翅膀，小到昆蟲，大到翼龍，許多動物都從飛行中受益。

通往生存之路

翅膀在物種多元化繁衍中發揮了巨大作用?？茖W家第一次在3.25億年前的巨型蜻蜓化石中發現了翅膀，隨后的化石的研究結果表明：從那時起，從翅膀的誕生開始，昆蟲的物種多樣性就爆發了。

演化道路上得益于翅膀的，當然還有其他物種：當今唯一會飛的哺乳動物——蝙蝠——的種類，竟然占了所有哺乳動物種類的1/5;而鳥類已被證實是唯一在史前大型動物大規模滅絕中，幸存下來的恐龍的后代。

研究表明，會飛的動物不僅能夠通過飛行逃離捕食者，還能從飛行中演化出許多有利的生理優勢。比如，由于翅膀的存在，鳥類感知世界的速度是人類的2倍，而蝙蝠甚至可以通過聲音在大腦中繪制詳細的3D地圖。

翅膀有什么機密

昆蟲是自然界中最敏捷的飛行者，它們可以在空中盤旋飛行、向后飛行，還能在短時間內能極快地加速。最近，科學家終于揭開了它們高超的飛行技術背后的秘密。

越小的飛行昆蟲，其飛行機制越復雜。軀體小可不一定是一個優勢，因為軀體小的同時翅膀也小。那么，小翅膀的升力如何而來呢？為了能夠在空中飛行或停留，昆蟲必須快速地扇動自己的小翅膀，但這會導致神經脈沖跟不上翅膀的節奏;對比來看，大型飛蟲，如蝴蝶或大黃蜂，它們每一次扇動翅膀只需要一個神經脈沖，能更好地保持神經信號和肌肉的同步。因此，對較小的昆蟲來說，對翅膀的控制要復雜得多。

神經脈沖

是神經細胞突觸的電化學傳導，作用是讓我們在受到外界刺激后作出反應。當我們受到刺激時，受體會發送神經脈沖，神經脈沖經由神經元傳導至脊髓，再到大腦，經大腦分析后再發送神經脈沖到我們的肌肉，讓我們作出反應。

除了能夠更快地扇動翅膀，小昆蟲還演化出了其他的軀體優勢。比如，與其他部位的肌肉相比，昆蟲翅膀周圍的肌肉纖維組織非常對稱，這樣有助于增強翅膀的沖擊力，并能利用空氣中局部壓力的變化提高自身的升力，在空中盤旋、向后飛行等技術方面都能做得更好。

恐龍變成鳥

昆蟲并不是唯一從陸地演化到空中的物種。大約1.5億年前，被稱為“世界上最大的鳥”的始祖鳥也是從陸地演化而來的。

長期以來，科學家一直在爭論始祖鳥到底是不是鳥。許多專家認為，化石清楚地表明了這種生物有羽毛翅膀，所以它們是鳥類;另一組專家則認為，它們有牙齒和尾骨，這是所有陸生恐龍的特征。因此，生物學界曾一度將始祖鳥定義為恐龍和鳥類之間的一種演化生物，而且認為它們并不會飛。

現在，美國俄亥俄大學的科學家有了新發現?？茖W家研究了1.47億年前的始祖鳥頭骨，通過1300張X光片，用計算機重建了這種動物大腦的3D版本。計算機模型顯示，始祖鳥的大腦容量為1.6毫升，這個容量大約是同等體型爬行動物大腦容量的3倍。此外，3D影像顯示它們的耳道以及大腦的視覺中心很寬，竟然和現代鳥類的一樣大。

由于找到了大腦發育良好的證據，幾乎所有的科學家都一致認為始祖鳥確實能夠飛行，盡管它可能還不是一位非常敏捷的飛行員。

哺乳動物也能飛

大約在5000萬年以前，唯一會飛的哺乳動物——蝙蝠——出現了，哺乳動物也成了世界上最后一個演化出飛翔能力的物種。

蝙蝠專門在夜間行動，在黑漆漆的夜里，它們通過聲音和大腦中的記憶來導航。為此，美國約翰斯·霍普金斯大學的大腦研究人員對蝙蝠在黑暗中的導航能力進行了研究。他們在蝙蝠的大腦中植入小型傳感器，然后把它放到一間設置有障礙的房間里，以觀察蝙蝠通過障礙物時大腦里的活動。實驗結果發現，蝙蝠的大腦有存儲功能，能夠保存周圍環境的靜態地圖?？茖W家將這種靜態地圖形容為蝙蝠大腦中縱橫交錯的網格線。當前方有障礙物時，即會觸碰到其中的一條網格線。這時，蝙蝠大腦中相對應的神經細胞就會被激活，為蝙蝠提供障礙物在地圖上的具體位置。而當蝙蝠的頭部與目標物體處于特定的角度，難以立即定位時，神經細胞也會發出信號，繪制出目標物體所處的詳細位置，重新編制大腦中的網格地圖。

科學家還發現，蝙蝠有時會發出幾種超聲波信號，強烈的信號使它們能夠關注特定的物體，這對它們在茂密的森林中躲避障礙物，或尋找食物有很大幫助。

蝙蝠具有與鳥類相同的超靈敏感官，且更加依賴感知能力，因此更適宜在黑暗的掩護下捕獵。此外，它們的大腦有繪制并存儲大片區域靜態地圖的能力，使得它們能夠飛出很遠的距離，以便找到更多食物，從而保障了第一批會飛的哺乳動物的生存和繁衍。

翅膀與人類發明

翅膀可不僅僅能造福鳥類，它們對于人類的發明創造同樣重要。

研究鳥類大腦的尼爾斯·伯格認為，鳥類在飛行時可以睡覺，甚至可以進入理想的快速眼動睡眠階段。研究表明，它們是通過一次只用一邊大腦半球睡眠的方式來做到這一點的。恰好，由于人類睡眠不足在當今社會是一個日益嚴重的問題，尼爾斯希望通過研究鳥類的睡眠方式，給人類提供一個更好的解決睡眠不足的方法。

荷蘭瓦格寧根大學的科學家在改造無人機機翼時，也受到了昆蟲飛行穩定性的啟發。對果蠅翅膀的研究發現，在翅膀受到嚴重損傷的情況下，果蠅依然可以通過改變翅膀扇動的頻率來保持飛行。按照這個原理，科學家已經設計并制造出了一款攜帶特定功能的機翼，和果蠅一樣，即使受到損傷，仍然可以停留在空中，保持飛行。

另外，對蝙蝠的飛行形態及翼膜結構進行研究，為可變形微型飛行器的創新設計帶來了幫助。

蝙蝠翼既不同于大多數昆蟲翅膀的輕質“膜+脈”的結構，也不同于鳥類翅膀的前肢“羽翼”結構，而是由上肢骨骼和翼膜構成的“翼身一體化”構造（翼膜從蝙蝠的脖子一直連接到腳踝）。蝙蝠的前肢長、關節多，它的翼由超過40個獨立的關節和附著在上面的一張柔軟的薄膜組成，因此翼的變形極大，自由轉換的方式多達30種。受到這些啟發，英國南安普頓大學和帝國理工學院的科學家成功地設計出了一種新型的薄膜可變機翼。利用這種機翼可以制作出微型無人機，并且還可以使無人機飛得更高。

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